Einrichtung zum hydraulischen Verformen von Werkstücken Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum hydraulischen Verformen von Werkstücken.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung ist gekenn zeichnet durch Wandmittel, die einen Hohlraum bilden, durch Massnahmen zum Einsetzen eines den Hohlraum in einen hydraulischen Druckraum zur Aufnahme einer Flüssigkeit und in mindestens eine Formhöhlung mit formgebeiaden Konturen unterteilenden Werkstückes, durch einen in den Wandmitteln gleitbar angeordneten Verdrängungskörper, dessen eine Endpartie gegen den hydraulischen Druckraum gerichtet ist und zum Ein wirken auf die Flüssigkeit vorgesehen ist und dessen andere Endpartie sich ausserhalb des hydraulischen Druckraumes befindet und zum Empfangen einer im- pulsförmigen Kraft eingerichtet ist,
durch welch letztere der Verdrängungskörper schlagartig in die Flüssigkeit bewegbar ist und diese verdrängt, um das Werkstück in die formgebenden Konturen der Formhöhlung zu pressen und diesen entsprechend zu deformieren.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Er findungsgegenstandes sind Mittel vorgesehen, die eine wirkungsvolle Umwandlung der impulsförmigen Kraft eines druckluftbetätigten Hammerstückes in einen schlagartigen Druckanstieg in der Flüssigkeit erlauben.
Ferner können derartige Einrichtungen mit Vorteil den Werkstücken angepasste Dichtungsmittel sowie zweckmässig ausgebildete Druckraumpartien und Mittel zum Halten geteilter Formenstücke aufweisen.
Weitere Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung sowie aus den zugehörigen Zeichnungen. In diesen zei gen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles, Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Fig. 1, wobei das Werkstück im Zustand nach dem Verformungsvorgang dargestellt ist, Fig. 3 einen Längsschnitt eines Teiles eines zweiten Ausführungsbeispieles, wobei der Verdrängungskörper links und rechts von der Längsachse in verschiedenen Positionen eingezeichnet ist,
Fig. 4 und 5 Einzelheiten der Fig. 3, Fig. 6 und 7 weitere Einzelheiten der Fig. 3, ins besondere die Eintrittsstelle des Verdrängungskörpers in die Flüssigkeit, Fig.8 einen Längsschnitt eines dritten Ausfüh- rungsbeispieles bei weggelassener Antriebsvorrichtung, Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines mit der Einrichtung nach Fig. 8 verformten Werkstückes, Fig. 10 einen Längsschnitt eines vierten, der Fig. 8 ähnlichen Ausführungsbeispieles,
Fig. 1 i eine perspektivische Ansicht eines mit der Einrichtung nach Fig. 10 verformten Werkstückes, Fig. 12 einen Längsschnitt des zur Formgebung die nenden Teiles eines fünften Ausführungsbeispieles, in welchem neuartige Dichtungsmittel eingesetzt sind, Fig. 13 den in Fig. 12 dargestellten Teil bei unter Druck stehenden Dichtungsmitteln, Fig. 14 und 15 modifizierte Dichtungsmittel bei verschiedenen Betriebszuständen, Fig. 16 einen Längsschnitt eines sechsten Ausfüh- rungsbeispieles,
das teilbare Wandmittel und Formen stücke aufweist, wobei das Werkstück in der oberen Hälfte im Zustand vor dem Verformen und in der unteren Hälfte nach dem Verformen dargestellt ist, Fig. 17 einen Längsschnitt eines Formenstückes nach Fig. 16, Fig. 18 eine Seitenansicht eines Formenstückes nach Fig. 16, Fig. 19 einen Längsschnitt eines siebten Ausfüh- rungsbeispieles in der Darstellung entsprechend Fig. 16,
Fig. 20 eine perspektivische Darstellung des For- menstückes nach Fig. 19, Fig. 21 einen Längsschnitt eines Teiles des For- menstückes nach Fig. 19, Fig. 22 und 23 das innere Formenstück nach Fig. 19 bzw. Einzelheiten davon, zur Illustration der Wirkung des hydraulischen Druckes.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zum Verfor men von Werkstücken weist als Hauptteile eine An triebspartie A, eine Druckerzeugungspartie B und eine Verarbeitungs- oder Formgebungspartie C auf.
Die Antriebspartie A weist einen relativ langen Zy linderblock 1 und ein mit diesem am einen Ende ver bundenes Ventilgehäuse 2 auf. Im Zylinderblock 1 ist ein hin und her bewegbares zylindrisches Hammer stück 3 angeordnet, das eine ringförmige Umfangsnut 4 aufweist. In einer Ausnehmung der Wand des Zylin derblockes 1 wird ein bolzenförmiges Verriegelungs- 0 <B>(x</B> ied 5 lose geführt und mittels einer Feder 6 gegen das Innere des Zylinderblockes 1 gepresst, derart, dass das innere Ende des Verriegelungsgliedes 5 in die Um fangsnut 4 des Hammers 3 eingreifen kann,
wenn sich das letztere in der in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage befindet. In dieser Lage ist das Hammerstück 3 im Zylinderblock 1 verriegelt. Im Innern des Zylinderblok- kes 1 sind an beiden Enden Stossdämpfer 7, 8 an geordnet, welche die Schläge des sich im Betrieb hin und her bewegenden Hammerstückes 3 dämpfen. In einem Verbindungskanal 12, der das Innere des Zy linderblockes 1 am einen Ende mit dem Innern des Ventilgehäuses 2 verbindet, ist ein automatisch arbei tendes Sperrventil 9 angeordnet, das, wie später be schrieben wird, dazu dient, die Menge bzw. Geschwin digkeit der in den Zylinderblock 1 hineinströmenden Druckluft festzulegen.
Zum Umschalten der Druckluft zufuhr zu den beiden Endrn des Zylinderblockes 1 ist im Ventilgehäuse 2 ein mit mehreren Sitzen versehener, hin und her bewegbarer spindelförmiger Ventilkörper gleitbar angeordnet.
Das Ventilgehäuse 2 weist zahlrei che mit seinem Innenraum in Verbindung stehende Kanäle und mit diesen verbundene Druckluftleitungen auf, und zwar eine Druckluft-Zufuhrleitung 11, die mit einer nicht eingezeichneten Druckluftquelle verbunden ist, eine Öffnung zum Verbindungskanal 12, eine Durch lassöffnung 13, eine Luftleitung 14, die dazu dient, das Hammerstück 3 in seine Ausgangslage zu bringen, ein mit einem Luftspeicher 15 verbundener Kanal 16, ein von der Druckluft-Zufuhrleitung 11 abzweigender Ver bindungskanal 19, der über ein Drosselventil 18 zu einem Arbeitsventil 17 führt, sowie ein auf der ent gegengesetzten Seite der Druckluft-Zufuhrleitung 11 lie gender Kanal 20,
der das Innere des Ventilgehäuses 2 mit der zwischen dem Drosselventil 18 und dem Ar beitsventil 17 liegenden Partie des Verbindungskanals 19 verbindet.
Wenn sich der Ventilkörper 10 in der in Fig. 1 dargestellten oberen Endlage befindet, strömt die im Luftspeicher 15 gespeicherte Luft durch die Luftleitung 14 in den links vom Hammerstück 3 liegenden Innen raum des Zylinderblockes 1, wodurch das Hammer stück 3 nach rechts in seine Ausgangslage geschoben wird. Das bolzenförmige Verriegelungsglied 5 greift dann in die Umfangsnut 4 des Hammerstückes 3 ein und verriegelt dieses in seiner Ausgangslage. Durch öff nen des Arbeitsventils 17, das manuell, mechanisch oder elektromagnetisch geschehen kann, entweicht die sich unterhalb des Ventilkörpers 10 befindende Luft durch den Kanal 20, und der Ventilkörper 10 bewegt sich nach unten.
Infolgedessen strömt die Druckluft durch die Zufuhrleitung 11, den Verbindungskanal 12 und das automatische Sperrventil 9 in den rechts vom Ham merstück 3 liegenden Innenraum des Zylinderblockes 1. Sobald die auf das Hammerstück 3 wirkende Kraft ge nügend gross ist, löst sich dieses vom bolzenförmigen Verriegelungsglied 5, und das Hammerstück 3 wird nach links beschleunigt. Am linken Ende des Zylinder blockes 1 prallt das Hammerstück 3 auf den in der Druckerzeugungspartie B angeordneten Verdrängungs körper 21 und überträgt seine Bewegungsenergie auf den letzteren.
Die hydraulische Druckerzeugungspartie B weist ein Gehäuse 23 auf, das den hydraulischen Druckerzeu- gungsraum 22 umschliesst. Mit dem letzteren stehen zwei Kanäle bzw. Leitungen 26 bzw. 27 in Verbindung, die ein Entlüftungs- und Sicherheitsventil 24 bzw. ein als automatisches Zufuhrventil dienendes Rückschlag ventil 25 aufweisen. Der Kanal 26 öffnet sich nach aussen in die Atmosphäre, und die Leitung 27 steht mit einer Speisewasserquelle, beispielsweise mit dem Wasserleitungsnetz, in Verbindung. Der Verdrängungs körper 21 ist wasser- und luftdicht in einer zylindri schen Partie 28 des Gehäuses 23 geführt.
Der Druck erzeugungsraum 22 steht mit dem links anschliessenden Arbeitsraum 31 der Formgebungspartie C in Verbin dung. Der Arbeitsraum 31 ist im wesentlichen durch die Innenflächen des eingesetzten rohrförmigen Werk stückes 35 begrenzt, das entsprechend den Konturen der inneren Wandfläche 32 der Form 30 zu verformen ist. An der innern Wandfläche 32 der Form 30 münden Entlüftungskanäle 33, die sich nach aussen in die At mosphäre öffnen. .Ferner ist im flanschförmigen Ende des Arbeitsraumes 31 ein mit einem Entlüftungsventil versehener Kanal eingelassen.
Zwischen dem Werk stück 35 und den Endpartien der Wandungen 36 des Arbeitsraumes sind Dichtungsringe 37 angeordnet, die einen Eintritt des Wassers in die ausserhalb des Werk stückes 35 lieg nden Formhöhlungen verhindern.
Werden beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Druckerzeugungsraum 22 und der Arbeitsraum 31 mit Wasser gefüllt und wird anschliessend der Verdrängungs körper 21 vom Hammerstück 3 schlagartig in den Druckerzeugungsraum 22 getrieben, so pflanzt sich die impulsförmige Kraft als plötzlich auftretender Druck anstieg im Wasser in den Arbeitsraum fort, so dass das in der Form 30 eingesetzte Werkstück 35 unter der Wirkung des hydraulischen Druckes entsprechend den Konturen 32 der Form 30 so deformiert wird, bis es die Innenfläche derselben überall berührt (Fig. 2) und der Verformungsvorgang beendet ist.
Im folgendü n werden Verbesserungen und Modifi kationen der oben angeführten Einrichtung beschrieben. Bei dem durch die Fig. 3 bis 7 illustrierten zweiten Ausführungsbeispiel ist der Verdrängungskörper 3 in vertikaler Richtung im Führungszylinder 28 nach oben und unten bewegbar. Der Druckerzeugungsraum 22 be findet sich in der unteren Endpartie des Gehäuses 23.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Verdrängungs körper 3 ohne Zwischenschaltung eines Hammerstückes direkt von der antreibenden Druckluft b--aufschlagt. Die obere Partie des Druckerzeugungsraumes 22 weist eine verengte zylindrische Partie 38 auf, deren Durchmesser etwa gleich demjenigen des Führungszylinders 28 ist, und die oben an die zylindrische Partie 38 anschliessende Partie 41 ist nach oben schalenförmig ausgeweitet. Vom Druckerzeugungsraum 22 führt ein Kanal 39 in den in der Zeichnung nicht dargestellten Arbeitsraum.
Im Ruhezustand befindet sich der Wasserspiegel 40 etwas oberhalb des oberen Endes der schalenförmigen Partie 41, und die Distanz des Wasserspiegels 40 vom obern Rand a der verengten zylindrischen Partie 38 des Druck erzeugungsraumes 22 entspricht der in Fig. 3 eingezeich- neten Höhe h. Das untere Ende 42 des Verdrängungs körpers weist eine konvexe Form auf, die im vorliegen den Beispiel etwa einer Halbkugel entspricht.
Wird der Verdrängungskörper 3 von oben mit Druckluft beaufschlagt, so wird er beschleunigt und schiesst mit hoher Geschwindigkeit in die zylindrische Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22, wodurch im Wasser ein schlagartig sich ausbreitender Druckanstieg erzeugt wird.
In der rechten Hälfte der Fig. 3 ist der Verdrängungskörper 3 in einer Lage eingezeichnet, die er kurz vor dem Berühren der Wasseroberfläche 40 einnimmt, und in der linken Hälfte ist der Verdrän gungskörper 3 in ausgezogenen Linien unmittelbar vor dem Erreichen der oberen Randkante a der zylindri schen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 dar gestellt, und in gestrichelten Linien ist die Lage des sich bereits in der zylindrischen Partie 38 befindenden Verdrängungskörpers 3 eingezeichnet.
Schiesst der Verdrängungskörper 3 mit hoher Ge schwindigkeit auf die Wasseroberfläche 40 zu, so ver ändert diese ihre Gestalt unter der Wirkung des dem Verdrängungskörper 3 voraneilenden Winddruckes. Da die nach unten gerichtete Endpartie 42 des Verdrän gungskörpers 3 die oben beschriebene konvexe Gestalt aufweist, kann der Verdrängungskörper in das Wasser eintreten, ohne unzulässig starke Störung der Wasser oberfläche. Eine Momentaufnahme kurz vor dem Ein tritt des Verdrängungskörpers 3 in das Wasser ist in Fig. 7 dargestellt.
Falls sich während des Aufpralles des Verdrängungskörpers auf die Wasseroberfläche 40 Luft blasen bilden und sich diese mit dem Wasser mischen, so hat dies einen Energieverlust zur Folge, da ein Teil der Energie des Verdrängungskörpers während der Er zeugung des Druckanstieges durch die Kompression der Luftblasen verlorengeht. Infolgedessen muss die Ein trittsstelle entsprechend gestaltet sein.
Beim Eintreten des Verdrängungskörpers 3 ins Was ser quillt dieses so lange zwischen dem Verdrängungs körper 3 und den Wandungen der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 hervor, bis der obere Rand der unteren Endpartie 42 des Verdrängungskör pers 3 die Randkante a (Fig. 6) der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 erreicht hat. Anschliessend beginnt der Verdrängungskörper 3 das Wasser im Druckerzeugungsraum 22 zu komprimieren, was zu einem impulsförmigen Druckanstieg führt.
Die Innenfläche der schalenförmigen Partie 41 oberhalb der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 und die zwischen dem untern Ende 42 und der zylindri schen Partie des Verdrängungskörpers 3 liegende Zwi schenpartie sind vorzugsweise derart gestaltet, dass das beim Eintritt des Verdrängungskörpers 3 verdrängte Wasser als möglichst kompakte Masse nach oben quillt, und dass Streu- und Spritzeffekte vermieden werden. Auf diese Weise können sich keine Luftblasen mit dem Wasser mischen, und die Bewegungsenergie des Verdrängungskörpers 3 wird wirkungsvoll ausgenützt. Vorzugsweise wird die Randkante a mit einer Run dung 43 (Fig. 4) versehen.
Da sich die Randkante a unter dem Einfluss der hohen Wassergeschwindigkeiten beim Hervorquellen des Wassers im Laufe der Zeit ab nützt, dient die Rundung 43 auch zur Erhöhung der Dauerfestigkeit der Kante a. Damit ab und zu auftre tende Luftblasen aus der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 entweichen können, sind am Umfang der Randkante a eine Anzahl kurzer vertikal gerichteter Schlitze 44 (Fig. 4 und 5)
eingelassen. Ferner ist bei der in Fig. 5 dargestellten Variante in der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsrau- mes 22 eine Labyrinthdichtung 45 in der Gestalt einiger innerer Umfangsnuten angeordnet, die einem Druckver lust durch den zwischen dem Verdrängungskörper 3 und der Innenwand der zylindrischen Partie 38 des Druckerzeugungsraumes 22 entgegenwirkt.
Da sich der Wasserdruck infolge der hohen Geschwindigkeit des Verdrängungskörpers 3 schlagartig innert kürzester Zeit (Grössenordnung einige Millisekunden) auf einen hohen Wert erhöht, ist die den Wasser- und Druckverlust be grenzende Labyrinthdichtung 45 sehr erwünscht. Die Bildung und Mischung von Luftblasen mit dem Wasser lässt sich insbesondere durch sorgfältige Wahl der Höhe h der schalenförmigen Partie 41 vermeiden, da sich durch richtige Wahl der kritischen Dimensionen eine Synchronisierung des Hervorquellens des Wassers und der Bewegung des Verdrängungskörpers 3 errei chen lässt.
Eine Möglichkeit, die Bildung von Luftblasen und deren Mischung mit dem Wasser zu vermeiden, kann darin bestehen, direkt oberhalb der Wasseroberfläche 40 ein metallisches oder nichtmetallisches Trennorgan, beispielsweise eine Membran aus Gummi oder derglei chen, anzuordnen. Es ist in einem solchen Fall jedoch vorteilhaft, die Einrichtung so zu gestalten, dass der Verdrängungskörper 3 vor dem Erreichen des Trenn organs (Membran) bereits einen Teil seiner Bewegungs energie abgibt.
Unabhängig davon, wie die Konstruktion im einzel nen beschaffen ist, ist es wesentlich, dafür zu sorgen, dass möglichst die gesamte Bewegungsenergie des Ver drängungskörpers 3 mit hohem Wirkungsgrad direkt in den schlagartigen Druckanstieg in der Flüssigkeit um gesetzt wird, und dass die geeigneten Massnahmen zum Verhindern der Luftblasenbildung getroffen werden. Insbesondere ist eine Mischung von Luftblasen mit dem Wasser zu verhindern.
Das in Fig. 8 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist einen Gehäusekörper 46, eine mit einer Form höhlung 55 versehene Form 47, einen Verdrängungs körper 48, eine Pumpe 49, ein Rückschlagventil 50, einen Dichtungsring 51, ein zu verformendes Werk stück 52 und einen in die Formhöhlung 55 münden den Entlüftungskanal 53 auf. Der vom Gehäusekörper 46 und vom Werkstück 52 begrenzte Druckraum 54 ist mit Wasser gefüllt. Der Verdrängungskörper 48 ist in einer zylindrischen Ausnehmung der Seitenwandung des Gehäusekörpers geführt und kann zur Erzeugung des impulsartig ansteigenden Druckanstieges im Wasser schlagartig bewegt werden, beispielsweise mit der An triebspartie A gemäss Fig. 1.
Die Pumpe 49 ist über eine Zuleitung und das Rückschlagventil 50 mit dem Druckraum 54 verbunden. Bei diesem Ausführungsbei spiel erzeugt der sich hin und her bewegende Verdrän gungskörper 48 jeweils bei seiner gegen den Druck raum 54 gerichteten Bewegung einen impulsförmigen Druckanstieg im Wasser. An Stelle von Wasser kann aber auch eine andere geeignete Flüssigkeit über die Pumpe 49 und das Rückschlagventil 50 in die Druck kammer gespeist werden. Die Pumpe 49 kann eine Zahnradpumpe oder eine gewöhnliche Kolbenpumpe sein. Falls ein Wasserversorgungsnetz mit genügend ho hem Druck zur Verfügung steht, kann auf den Einsatz der Pumpe 49 verzichtet werden.
Das zu verformende Werkstück 52, beispielsweise eine Stahlplatte, wird über den Dichtungsring 51 auf den Gehäusekörper 46 gelegt, und anschliessend wird die den Entlüftungskanal aufweisende Form 47 auf das Werkstück gesetzt. Das verformte Werkstück 56, des- sc -, Gestalt eine teilbare Form 47 bedingt, ist in Fig. 9 dargestellt.
Das in Fig. 11 dargestellte vierte Ausführungsbei spiel weist eine den Druckraum 54 koaxial umgebende Formhöhlung 55 auf, die einerseits von der Umfangs fläche des Werkstückes 52 und anderseits von der In nenfläche der Form 47 bzw. des Gehäusekörpers 46 be grenzt ist. Die Formhöhlung 55 steht über einen Ent lüftungskanal 53 mit der Atmosphäre in Verbindung. Zwischen dem Werkstück 52 und der Form 47 bzw. dem Gehäusekörper 46 angeordnete Dichtungsmittel 51 verhindern den Eintritt des unter Druck stehenden Was sers in die Formhöhlung 55. Wie aus der Fig. 10 hervorgeht, dient der Gehäusekörper 46 auch als Teil der Form. Abgesehen davon sind der allgemeine Auf bau und die Wirkungsweise praktisch gleich wie beim dritten Ausführungsbeispiel.
Je nach der Gestalt des zu formenden Werkstückes können Gehäusekörper 46 und Form 47 den speziellen Gegebenheiten angepasst werden. Zum einfachen Herausnehmen des in Fig. 11 dar gestellten verformten Werkstückes 56 wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Form 47 vorteilhaft teil bar ausgeführt.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise des in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispieles ist wie folgt: Mit tels der Pumpe 49 wird Wasser durch das Rückschlag ventil 50 in den Druckraum 54 gepumpt. Nachdem das zu verformende Materialstück 25 auf den oben im Ge häusekörper 46 angeordneten Dichtungsring gelegt ist, wird die Form 47 aufgesetzt und mittels geeigneten Be festigungsmitteln mit dem Gehäusekörper 46 verbun den. Das am Ausgang der Pumpe 49 einen verhältnis mässig geringen Druck aufweisende Wasser füllt den gesamten Druckraum 54 unterhalb des zu verformen den Werkstückes 52. Unter der Wirkung des Wasser druckes wird der Verdrängungskörper 48 nach aussen in seine Endlage bewegt, in welcher er in Fig. 8 ein gezeichnet ist.
Da die oberhalb des Werkstückes 52 liegende Formenhöhlung 55 mit einem Entlüftungskanal 53 versehen ist, herrscht in der Formenhöhlung 55 der äussere Atmosphärendruck.
Wird nun dem Verdrängungskörper 48 von aussen, beispielsweise mit einem Drucklufthammer, ein Schlag versetzt, so wird dessen impulsförmig wirkende Kraft auf das sich im Druckraum 54 befindende Wasser über tragen und in diesem innert kürzester Zeit ein Druck anstieg hervorgerufen. Der ansteigende hydraulische Druck wirkt auf die untere Oberfläche des Werkstückes 52, wodurch dieses mindestens teilweise entsprechend den Konturen der Formenhöhlung 55 deformiert wird. Infolge des Rückschlagventils 50 ist die Pumpe 49 dem schlagartigen Druckanstieg nicht ausgesetzt.
Da ferner die Kompressibilität des Wassers gering ist, entspricht das vom Verdrängungskörper 48 verdrängte Wasservo lumen im wesentlichen dem die Verformung des Werk stückes 52 dienenden Volumen. Falls das Volumen der Formenhöhlung 55 verhältnismässig klein ist, ist der Verformungsprozess in einer kurzen Zeit beendet. Wäh rend des Verformungsvorganges führt die Pumpe 49 dem Druckraum 54 jeweils dann weiteres Wasser zu, wenn der vom Schlag auf den Verdrängungskörper 48 herrührende Druckanstieg abgeklungen ist. Auf diese Weise wird der Verdrängungskörper 48 jeweils nach jedem Schlag in seine Ausgangslage zurückgeschoben.
Da die Formhöhlung 55 über den Entlüftungskanal 53 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, bildet sich auf der Oberseite des Werkstückes kein hoher Gegen druck.
In den Fig. 12 bis 15 ist ein weiteres Ausführungs beispiel dargestellt, das als Hauptteile eine Form 57 und zwei an dieser anliegende Endflanschen 58 und 59 auf weist, wovon der eine 59 einen nach innen vorsprin genden Kanal 61 aufweist, der in eine nach aussen ge richtete Zuleitung 66 mündet, welch letztere mit einer nicht dargestellten Vorrichtung zum Erzeugen eines im pulsartigen hydraulischen Druckanstieges verbunden ist. Die Form 57 weist einen Hohlraum auf, in welchen ein zu verformendes Werkstück 60 eingesetzt ist. In den gegen den Hohlraum der Form 57 gerichteten Sei tenpartien der Flansche 58 und 59 ist je ein Dichtungs element 62 und 63 angeordnet.
Wird im mit Wasser gefüllten Druckraum mittels einer Druckerzeugungsvorrichtung schlagartig, beispiels weise innerhalb 0,2 Millisekunden, ein Druckanstieg von einigen hundert kg/cm2 erzeugt, so wirkt dieser Druck auf die Innenfläche des zu verformenden Werk stückes 60, wodurch dieses die aus Fig. 13 hervorge hende Gestalt annimmt. Die Dichtungselemente 62 und 63 dienen dazu, den vom Werkstück 60 gebildeten Druckraum nach aussen, insbesondere gegen die Form höhlung, abzudichten. Wie beim vorhergehenden Aus führungsbeispiel, steht auch beim hier vorliegenden die Formhöhlung über einen Entlüftungskanal mit der äu sseren Atmosphäre in Verbindung.
Da der zur Anwen dung gelangende Druck sehr hoch ist und das zwischen den Dichtungselementen 62 und 63 angeordnete Werk stück 60 sich im Laufe des Verformungsvorganges ver kürzt, weisen die Dichtungselemente 62 und 63 einen. solchen Querschnitt auf, dass sie ihre Aufgabe auch bei stark verkürztem Werkstück 60 noch erfüllen.
Die für den genannten Zweck geeigneten Dichtungs elemente 62 und 63, in welche die Endpartien des rohrförmigen Werkstückes 60 eingreifen, sind aus einem elastischen Material, beispielsweise aus einem harten Gummi, angefertigt. Die Tiefe 1 der ringförmigen Schlitze der Dichtungselemente ist dabei in Anbetracht der beschriebenen Verkürzung des Werkstückes 60 ge nügend gross gewählt. Ferner weisen die Dichtungsele mente gegen den mit Wasser gefüllten Druckraum ge richtete Lippen 64, 65 auf, welche unter der Wirkung des Wasserdruckes gegen das Werkstück gepresst werden.
In den Fig. 14 und 15 sind Varianten dargestellt, die sich nur durch eine nach innen vorspringende Partie 67 am Blindflansch 58 von der in der Fig. 12 bzw. 13 gezeichneten Einrichtung unterscheiden. Diese vor springende Partie 67 gibt der Lippe 64 des Dichtungs elementes 62 bereits eine gewisse Vorspannung. Die Ausnehmung, in welcher das Dichtungselement 62 ein gesetzt ist, weist einen sich nach aussen öffnenden Ent lüftungskanal 68 auf.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der Einrichtung nach den Fig. 12 bis 15 ist wie folgt: Zuerst werden die Dichtungselemente 62 und 63 auf die entsprechen den Enden des zu verformenden Werkstückes 60 ge schoben. Anschliessend werden die zwei- oder dreiteilige Form 57, der Blindflansch und der den Zuleitungs kanal 66 aufweisende Flansch 59 mit dem eingesetzten Werkstück 60 zusammengesetzt und der Zuleitungska nal 66 mit einer hydraulischen Druckerzeugungseinrich- tung verbunden.
Der vom Werkstück 60 umschlossene Arbeitsraum wird mit Wasser gefüllt und mit dem von der Druckerzeugungseinrichtung erzeugten impulsförmi- gen Druck beaufschlagt. Unter der Wirkung des Druk- kes wird das Werkstück 60 entsprechend der Gestalt der Formhöhlung verformt (Fig. 13), wobei sich die Lippen 64 und 65 der Dichtungselemente 62 und 63 unter der Wirkung des Druckes satt ans Werkstück 60 anschliessen und den Arbeitsraum zuverlässig gegen die Formhöhlung abdichten.
Je höher der hydraulische Druck ist, desto stärker werden die Lippen 64 und 65 ans Werkstück 60 gepresst, so dass trotz der Längen kontraktion des Werkstückes 60 eine zuverlässige Dich tungswirkung aufrechterhalten wird. Ferner wird durch die Gestalt des durch die öffnung des Dichtungsele mentes 63 nach innen vorspringenden Kanals 61 eine direkte dynamische Druckbeaufschlagung der Rückseite des Dichtungselementes 63 vermieden, so dass dessen Dichtungswirkung nicht verringert wird.
Die in Fig. 14 und 15 dargestellte Variante der Einrichtung ist für das Verformen mit hohem hydraulischem Druck geeignet, während die in Fig. 12 und 13 dargestellte Variante den Anforderungen bei niedrigerem Druck genügt.
In den Fig. 16 bis 23 ist ein weiteres Ausführungs beispiel dargestellt, bei welchem das zu verformende Werkstück die Gestalt eines Rohres 69 hat. Auf die Innenseite des Rohres 69 wirkt ein hoher hydrauli scher Druck, der das Rohr 69 entsprechend der Ge stalt der Formenstücke 70 verformt. Das Formenstück 70 weist im allgemeinen ein oder mehrere elastische Bandelemente 72 aus Federstahl auf, die um ein Ma trizenstück 71 gewunden sind. Die inneren Teile 71, 73 sind in zwei oder mehr Teile aufgeteilt und zum einfachen Entformen des verformten Werkstückes zer legbar.
Nach Bedarf sind auf beide Seiten der zu ver formenden Partie einteilige Führungsstücke 73 auf das zu verformende Rohr 69 geschoben, die am Ende des Verformungsvorganges wieder entfernt werden. Wird entsprechend Fig. 16 ein Gehäuserohr 74 über die For- menstücke 70 geschoben, so ist es nicht nötig, die Band elemente 72 gegen selbsttätiges Lösen zu sichern, da die Aussenseiten der Bandelemente 72 am Gehäuserohr 74 anliegen.
Die in Fig. 19 dargestellte Variante der Ein richtung unterscheidet sich von der in Fig. 16 dar gestellten dadurch, dass das äussere Ende der zu einem einzigen Stück vereinigten Bandelemente 72 mittels einer Schraube 75 festgehalten ist (Fig. 20 und 21) und nicht von einem über die Formenstücke 70 geschobenen Gehäuserohr 74 (Fig. 16).
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der in Fig. 16 dargestellten Einrichtung ist wie folgt: Das zu verfor mende Werkstück 69 wird in die Führungsstücke 73 eingeschoben, dann werden die je aus mindestens zwei Teilen bestehende Matrizenstücke 71 an den voraus bestimmten Stellen an das Werkstück 69 angelegt und mittels der elastischen Bandelemente 72 umwunden. Die Bandelemente 72 müssen nun so befestigt werden, dass sie sich nicht von den Matrizenstücken 71 lösen. Dies lässt sich auf bemerkenswert einfache Weise mit tels eines zweigeteilten Gehäuserohres 74 erreichen.
Nun wird der Innenraum des zu verformenden Rohres 69 mit Wasser gefüllt und durch eine der bereits ge nannten Vorrichtungen der Druck im Wasser schlag artig erhöht. Unter der Wirkung des hohen Druckes wird das Rohr entsprechend den Konturen der Formen stücke 70 und den Rändern der Führungsstücke 73 ausgebaucht und plastisch deformiert. Nach Beendigung des Verformungsvorganges werden das Gehäuserohr 74 entfernt, die Bandelemente 72 abgewunden, die geteil- ten Matrizenstücke 71 vom verformten Rohr 69 abgeho ben und das letztere aus den Führungsstücken 73 ge zogen.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der in Fig. 19 dargestellten Einrichtung ist analog der in Fig. 16 dar gestellten mit der Ausnahme, dass das um das Matri- zenstück 71 gewundene Bandelement 72 mittels der Schraube 75 befestigt wird und nicht von einem Ge häuserohr 74 gehalten wird.
Die Wirkungsweise der eben beschriebenen Einrich tungen wird im folgenden noch theoretisch untersucht. Da das Bandelement 72 satt um das Matrizenstück 71 gewunden ist, wirkt auf jede der Berührungsflächen der inneren Lagen des Bandelementes 72 mit den daran anliegenden äusseren Lagen, sowie auf die Berührungs flächen der innersten Lage des Bandelementes 72 mit dem Matrizenstück 71 eine Reibungskraft.
Wird das Matrizenstück 71 unter der Wirkung des während des Verformungsvorganges herrschenden hydraulischen Druckes nach aussen gepresst, so wirkt die Differenz zwischen der Kraft, die die Tendenz hat, das aufgewun dene Bandelement 72 zu lösen (Zugkraft), und der in der entgegengesetzten Richtung wirkenden Reibungs kraft als resultierende Kraft auf das Bandelement 72 (Fig. 23). Diese resultierende Kraft nimmt beim Band element 72 in der Richtung von innen nach aussen jeweils um einen der Reibungskraft entsprechenden Be trag ab und erreicht nach einer genügenden Anzahl Windungen den Wert null.
Die äussern Windungen eines Bandelementes, dessen Windungszahl die genannte ge nügende Anzahl überschreitet, werden daher nicht mehr auf Zug beansprucht. Die in Fig. 16 bzw. 19 dargestellte Festhaltevorrichtung für das Bandelement 72 (Gehäuse rohr 74 bzw. Schraube 75) ist daher ausreichend, um das Bandelement vor dem Lösen unter der Wirkung des hydraulischen Druckes zu sichern.
Die oben erwähnte Reibungskraft ist gegeben durch li.pA, wobei 1c den Reibungskoeffizienten des Band elementes, p den auf eine Flächeneinheit wirkende hy draulische Druck und A die Grösse der Berührungsflä che bezeichnen. Der auf die innerste Windung des Band elementes wirkende Zug ist proportional zu pd/2, wobei d den innern Durchmesser der innersten Windung des Bandelementes 72 bedeutet. Der Druck p nimmt ab mit zunehmender Windungszahl des Bandelementes 72.
Unter der Annahme, dass der Druck p konstant ist, muss folgende Beziehung erfüllt sein, damit sich das Bandelement nicht löst:
EMI0005.0068
Daraus folgt für die minimale Windungszahl n des Bandelementes 72 <I>n ></I> 2/,u j7.
Ist beispielsweise ,u = 0,2, so genügen 3,2 Windun gen, damit sich das Bandelement nicht löst.
Es ist daher möglich, das geteilte Matrizenstück 71 auf einfache Weise gegen die Wirkung eines hohen hydraulischen Druckes in der gewünschten Lage zu halten, denn die auf das Bandelement wirkende Zug kraft nimmt infolge der auftretenden Reibungskraft mit zunehmender Windungszahl ab und erreicht nach eini gen Windungen bereits den Wert null, unabhängig von der Anzahl der noch folgenden Windungen. Die Wahl der Dicke t des Bandelementes 72 kann vorzugsweise nach der Gleichung<I>2</I> ,u <I>t</I> a = pd erfolgen, in wel- eher b die zulässige Zugbeanspruchung des Materials des Bandelementes bedeutet.
Device for the hydraulic deformation of workpieces The present invention relates to a device for the hydraulic deformation of workpieces.
The device according to the invention is characterized by wall means that form a cavity, by measures for inserting a workpiece that divides the cavity into a hydraulic pressure chamber for receiving a liquid and into at least one mold cavity with shaped contours, by a displacement body slidably arranged in the wall means one end part of which is directed against the hydraulic pressure chamber and is intended to act on the liquid and the other end part is located outside the hydraulic pressure chamber and is set up to receive a pulse-shaped force,
through which the displacement body can be suddenly moved into the liquid and displaces it in order to press the workpiece into the shaping contours of the mold cavity and to deform it accordingly.
In a preferred embodiment of the subject matter of the invention, means are provided which allow an effective conversion of the pulse-shaped force of a compressed air-operated hammer piece into a sudden pressure increase in the liquid.
Furthermore, such devices can advantageously have sealing means adapted to the workpieces as well as appropriately designed pressure space parts and means for holding divided mold pieces.
Further details of exemplary embodiments of the invention emerge from the following description and from the associated drawings. In these show: Fig. 1 is a schematic longitudinal section of a first embodiment, Fig. 2 is a detail from Fig. 1, the workpiece is shown in the state after the deformation process, Fig. 3 is a longitudinal section of part of a second embodiment, wherein the Displacement body is drawn in different positions to the left and right of the longitudinal axis,
4 and 5 details of FIGS. 3, 6 and 7 further details of FIG. 3, in particular the entry point of the displacement body into the liquid, FIG. 8 a longitudinal section of a third exemplary embodiment with the drive device omitted, FIG a perspective view of a workpiece deformed with the device according to FIG. 8, FIG. 10 a longitudinal section of a fourth embodiment similar to FIG. 8,
11 shows a perspective view of a workpiece deformed with the device according to FIG. 10, FIG. 12 shows a longitudinal section of the part of a fifth embodiment used for shaping, in which novel sealing means are used, FIG. 13 shows the part shown in FIG with sealing means under pressure, FIGS. 14 and 15 modified sealing means in different operating states, FIG. 16 a longitudinal section of a sixth exemplary embodiment,
the divisible wall means and mold pieces, wherein the workpiece is shown in the upper half in the state before deformation and in the lower half after deformation, Fig. 17 is a longitudinal section of a molded piece according to FIG. 16, according to FIG. 16, FIG. 19 shows a longitudinal section of a seventh exemplary embodiment in the representation corresponding to FIG. 16,
20 shows a perspective representation of the molded piece according to FIG. 19, FIG. 21 shows a longitudinal section of part of the molded piece according to FIG. 19, FIGS. 22 and 23 the inner molded piece according to FIG. 19 or details thereof, for illustration the effect of hydraulic pressure.
The device shown in Fig. 1 for defor men of workpieces has a drive section A, a pressure generating section B and a processing or shaping section C as main parts.
The drive section A has a relatively long cylinder block 1 and a valve housing 2 connected to this at one end. In the cylinder block 1, a reciprocating cylindrical hammer piece 3 is arranged, which has an annular circumferential groove 4. A bolt-shaped locking element 5 is loosely guided in a recess in the wall of the cylinder block 1 and is pressed against the interior of the cylinder block 1 by means of a spring 6 in such a way that the inner end of the locking member 5 can engage in the circumferential groove 4 of the hammer 3,
when the latter is in the starting position shown in FIG. In this position the hammer piece 3 is locked in the cylinder block 1. In the interior of the cylinder block 1, shock absorbers 7, 8 are arranged at both ends, which dampen the blows of the hammer piece 3 moving back and forth during operation. In a connecting channel 12 which connects the interior of the cylinder block 1 at one end with the interior of the valve housing 2, an automatically arbei tendes check valve 9 is arranged, which, as will be described later, is used to control the amount or speed of the Set compressed air flowing into the cylinder block 1.
To switch the supply of compressed air to the two ends of the cylinder block 1, a spindle-shaped valve body which is provided with several seats and can be moved back and forth is slidably arranged in the valve housing 2.
The valve housing 2 has numerous channels communicating with its interior and compressed air lines connected to these, namely a compressed air supply line 11 which is connected to a compressed air source (not shown), an opening to the connecting channel 12, a passage opening 13, an air line 14, which serves to bring the hammer piece 3 into its starting position, a channel 16 connected to an air reservoir 15, a connecting channel 19 branching off from the compressed air supply line 11, which leads via a throttle valve 18 to a working valve 17, as well as a the opposite side of the compressed air supply line 11 lying channel 20,
which connects the interior of the valve housing 2 with the part of the connecting channel 19 lying between the throttle valve 18 and the working valve 17.
When the valve body 10 is in the upper end position shown in Fig. 1, the air stored in the air reservoir 15 flows through the air line 14 in the inner space of the cylinder block 1 lying to the left of the hammer piece 3, whereby the hammer piece 3 to the right into its starting position is pushed. The bolt-shaped locking member 5 then engages in the circumferential groove 4 of the hammer piece 3 and locks it in its starting position. By opening the working valve 17, which can be done manually, mechanically or electromagnetically, the air located below the valve body 10 escapes through the channel 20, and the valve body 10 moves downwards.
As a result, the compressed air flows through the supply line 11, the connecting channel 12 and the automatic shut-off valve 9 in the interior of the cylinder block 1 located to the right of the hammer 3. As soon as the force acting on the hammer 3 is sufficiently large, it detaches from the bolt-shaped locking member 5 , and the hammer piece 3 is accelerated to the left. At the left end of the cylinder block 1, the hammer piece 3 strikes the displacement body 21 arranged in the pressure generating section B and transfers its kinetic energy to the latter.
The hydraulic pressure generating section B has a housing 23 which encloses the hydraulic pressure generating space 22. With the latter are two channels or lines 26 and 27 in connection, which have a vent and safety valve 24 and a non-return valve 25 serving as an automatic supply valve. The channel 26 opens outwards into the atmosphere, and the line 27 is connected to a feed water source, for example to the water supply network. The displacement body 21 is water- and airtight in a cylindri's part 28 of the housing 23 out.
The pressure generating chamber 22 is connected to the working chamber 31 of the shaping section C on the left. The working space 31 is essentially limited by the inner surfaces of the tubular work piece 35 used, which is to be deformed according to the contours of the inner wall surface 32 of the mold 30. Die Arbeitsraum 31 ist mit der Arbeitsraum 31 in die Arbeitsraum 31. On the inner wall surface 32 of the mold 30 vent channels 33 which open outward into the atmosphere. .Furthermore, a channel provided with a vent valve is let into the flange-shaped end of the working chamber 31.
Between the work piece 35 and the end portions of the walls 36 of the work space, sealing rings 37 are arranged, which prevent the entry of water into the mold cavities lying outside the work piece 35.
If, in the described embodiment, the pressure generating space 22 and the working space 31 are filled with water and the displacement body 21 is then suddenly driven into the pressure generating space 22 by the hammer piece 3, the pulse-shaped force is propagated as a sudden pressure increase in the water into the working space, so that the workpiece 35 inserted in the mold 30 is deformed under the action of hydraulic pressure in accordance with the contours 32 of the mold 30 until it touches the inner surface of the same everywhere (FIG. 2) and the deformation process is ended.
In the following, improvements and modifications of the above facility are described. In the second embodiment illustrated by FIGS. 3 to 7, the displacement body 3 can be moved up and down in the vertical direction in the guide cylinder 28. The pressure generating space 22 is located in the lower end part of the housing 23.
In this embodiment, the displacement body 3 is b - strikes directly from the driving compressed air without the interposition of a hammer piece. The upper part of the pressure generating space 22 has a narrowed cylindrical part 38, the diameter of which is approximately equal to that of the guide cylinder 28, and the part 41 adjoining the cylindrical part 38 at the top is widened upward in the shape of a shell. A channel 39 leads from the pressure generating space 22 into the working space not shown in the drawing.
In the idle state, the water level 40 is slightly above the upper end of the bowl-shaped part 41, and the distance of the water level 40 from the upper edge a of the narrowed cylindrical part 38 of the pressure generating space 22 corresponds to the height h shown in FIG. The lower end 42 of the displacement body has a convex shape, which in the present example corresponds approximately to a hemisphere.
If the displacement body 3 is acted upon with compressed air from above, it is accelerated and shoots at high speed into the cylindrical part 38 of the pressure generating space 22, as a result of which a sudden increase in pressure is generated in the water.
In the right half of Fig. 3, the displacement body 3 is shown in a position that it occupies shortly before touching the water surface 40, and in the left half of the displacement body 3 in solid lines immediately before reaching the upper edge a of cylindri's part 38 of the pressure generating space 22 is provided, and the position of the displacement body 3 already in the cylindrical part 38 is shown in dashed lines.
The displacement body 3 shoots at high speed Ge on the water surface 40, so this ver changes its shape under the action of the displacement body 3 leading wind pressure. Since the downwardly directed end portion 42 of the displacement body 3 has the convex shape described above, the displacement body can enter the water without unduly disrupting the water surface. A snapshot shortly before the A occurs of the displacement body 3 in the water is shown in FIG.
If air bubbles form during the impact of the displacement body on the water surface 40 and these mix with the water, this results in a loss of energy, since part of the energy of the displacement body is lost during the generation of the pressure increase due to the compression of the air bubbles. As a result, the entry point must be designed accordingly.
When the displacement body 3 enters what water it swells so long between the displacement body 3 and the walls of the cylindrical portion 38 of the pressure generating space 22 until the upper edge of the lower end portion 42 of the Verdrängungskör pers 3 the edge a (Fig. 6) of the cylindrical portion 38 of the pressure generating space 22 has reached. The displacement body 3 then begins to compress the water in the pressure generating space 22, which leads to a pulse-shaped increase in pressure.
The inner surface of the shell-shaped part 41 above the cylindrical part 38 of the pressure generating space 22 and the intermediate part lying between the lower end 42 and the cylindri's part of the displacement body 3 are preferably designed such that the water displaced when the displacement body 3 enters is as compact as possible swells upwards, and that scatter and splash effects are avoided. In this way, no air bubbles can mix with the water, and the kinetic energy of the displacement body 3 is used effectively. The marginal edge a is preferably provided with a round 43 (FIG. 4).
Since the edge a wears out over time under the influence of the high water speeds when the water swells out, the rounding 43 also serves to increase the fatigue strength of the edge a. So that now and then occurring air bubbles can escape from the cylindrical part 38 of the pressure generating space 22, a number of short vertically directed slots 44 are on the circumference of the edge a (Fig. 4 and 5)
let in. Furthermore, in the variant shown in FIG. 5, a labyrinth seal 45 in the shape of some inner circumferential grooves is arranged in the cylindrical part 38 of the pressure generating room 22, which prevents a pressure loss from between the displacement body 3 and the inner wall of the cylindrical part 38 of the pressure generating room 22 counteracts.
Since the water pressure increases suddenly within a very short time (on the order of a few milliseconds) due to the high speed of the displacement body 3, the labyrinth seal 45 limiting the water and pressure loss is very desirable. The formation and mixing of air bubbles with the water can be avoided in particular by careful selection of the height h of the bowl-shaped part 41, since a synchronization of the swelling of the water and the movement of the displacement body 3 can be achieved by correct selection of the critical dimensions.
One way of avoiding the formation of air bubbles and their mixing with the water can be to arrange a metallic or non-metallic separating element, for example a membrane made of rubber or the like, directly above the water surface 40. In such a case, however, it is advantageous to design the device so that the displacement body 3 already emits part of its kinetic energy before it reaches the separating organ (membrane).
Regardless of how the construction is designed in detail, it is essential to ensure that the entire kinetic energy of the displacement body 3 is converted with high efficiency directly into the sudden pressure increase in the liquid, and that the appropriate measures for Prevent the formation of air bubbles. In particular, prevent air bubbles from mixing with the water.
The third embodiment shown in Fig. 8 has a housing body 46, a cavity 55 provided with a mold 47, a displacement body 48, a pump 49, a check valve 50, a sealing ring 51, a work to be deformed piece 52 and one in the The cavity 55 opens into the ventilation channel 53. The pressure chamber 54 delimited by the housing body 46 and the workpiece 52 is filled with water. The displacement body 48 is guided in a cylindrical recess in the side wall of the housing body and can be moved abruptly to generate the impulse-like increase in pressure in the water, for example with the drive section A according to FIG. 1.
The pump 49 is connected to the pressure chamber 54 via a feed line and the check valve 50. In this game Ausführungsbei the reciprocating displacement body 48 generates a pulse-shaped pressure increase in the water in each case with its movement directed against the pressure space 54. Instead of water, however, another suitable liquid can also be fed into the pressure chamber via the pump 49 and the check valve 50. The pump 49 can be a gear pump or an ordinary piston pump. If a water supply network with a sufficiently high pressure is available, the use of the pump 49 can be dispensed with.
The workpiece 52 to be deformed, for example a steel plate, is placed on the housing body 46 via the sealing ring 51, and then the mold 47 having the ventilation channel is placed on the workpiece. The deformed workpiece 56, the shape of which requires a divisible shape 47, is shown in FIG.
The illustrated in Fig. 11 fourth Ausführungsbei game has a pressure chamber 54 coaxially surrounding the mold cavity 55, which is on the one hand bounded by the peripheral surface of the workpiece 52 and on the other hand by the inner surface of the mold 47 and the housing body 46 be. The mold cavity 55 is in communication with the atmosphere via a ventilation duct 53. Sealing means 51 arranged between the workpiece 52 and the mold 47 or the housing body 46 prevent the pressurized water from entering the mold cavity 55. As can be seen from FIG. 10, the housing body 46 also serves as part of the mold. Apart from that, the general construction and the mode of operation are practically the same as in the third embodiment.
Depending on the shape of the workpiece to be formed, the housing body 46 and the mold 47 can be adapted to the special conditions. For easy removal of the deformed workpiece 56 provided in FIG. 11, the shape 47 is advantageously carried out partially bar in this embodiment as well.
The use and operation of the embodiment shown in FIG. 8 is as follows: By means of the pump 49, water is pumped through the check valve 50 into the pressure chamber 54. After the piece of material to be deformed 25 is placed on the sealing ring arranged above in the housing body 46, the mold 47 is placed and fastened with the housing body 46 by means of suitable fasteners. The water, which has a relatively low pressure at the outlet of the pump 49, fills the entire pressure space 54 below the workpiece 52 to be deformed. Under the action of the water pressure, the displacement body 48 is moved outwards into its end position, in which it is shown in FIG a is drawn.
Since the mold cavity 55 lying above the workpiece 52 is provided with a ventilation channel 53, the external atmospheric pressure prevails in the mold cavity 55.
If the displacement body 48 is now hit from the outside, for example with a pneumatic hammer, its impulsive force is transmitted to the water in the pressure chamber 54 and a pressure increase is caused in this within a very short time. The increasing hydraulic pressure acts on the lower surface of the workpiece 52, as a result of which it is at least partially deformed according to the contours of the mold cavity 55. As a result of the check valve 50, the pump 49 is not exposed to the sudden increase in pressure.
Furthermore, since the compressibility of the water is low, the volume of water displaced by the displacement body 48 corresponds essentially to the deformation of the work piece 52 serving volume. If the volume of the mold cavity 55 is relatively small, the deformation process is completed in a short time. During the deformation process, the pump 49 then supplies more water to the pressure chamber 54 when the pressure increase resulting from the impact on the displacement body 48 has subsided. In this way, the displacement body 48 is pushed back into its starting position after each impact.
Since the mold cavity 55 is in communication with the atmosphere via the ventilation channel 53, no high counter pressure is formed on the top of the workpiece.
12 to 15, a further embodiment is shown, for example, the main parts of which have a shape 57 and two end flanges 58 and 59 resting thereon, one of which 59 has an inwardly vorsprin ing channel 61 that extends into an outwardly ge directed supply line 66 opens, which latter is connected to a device, not shown, for generating a pulse-like hydraulic pressure increase. The mold 57 has a cavity in which a workpiece 60 to be deformed is inserted. In the directed against the cavity of the mold 57 Be tenpartien of the flanges 58 and 59, a sealing element 62 and 63 is arranged.
If a pressure increase of a few hundred kg / cm2 is suddenly generated in the pressure chamber filled with water by means of a pressure generating device, for example within 0.2 milliseconds, this pressure acts on the inner surface of the workpiece 60 to be deformed, which results in the from FIG takes shape. The sealing elements 62 and 63 serve to seal the pressure space formed by the workpiece 60 from the outside, in particular against the mold cavity. As in the previous exemplary embodiment, the mold cavity is also connected to the external atmosphere via a ventilation duct.
Since the applied pressure is very high and the work piece 60 arranged between the sealing elements 62 and 63 is shortened in the course of the deformation process, the sealing elements 62 and 63 have a. such a cross section that they still fulfill their task even with a greatly shortened workpiece 60.
The sealing elements 62 and 63 suitable for the stated purpose, in which the end portions of the tubular workpiece 60 engage, are made of an elastic material, for example of a hard rubber. The depth 1 of the annular slots of the sealing elements is chosen in view of the described shortening of the workpiece 60 ge sufficiently large. Furthermore, the sealing elements have lips 64, 65 directed against the water-filled pressure chamber, which lips are pressed against the workpiece under the action of the water pressure.
In FIGS. 14 and 15, variants are shown which differ from the device shown in FIGS. 12 and 13 only by an inwardly projecting portion 67 on the blind flange 58. This before jumping part 67 gives the lip 64 of the sealing element 62 already a certain bias. The recess in which the sealing element 62 is set has an outwardly opening ventilation duct 68.
The use and operation of the device according to FIGS. 12 to 15 is as follows: First, the sealing elements 62 and 63 are pushed onto the corresponding ends of the workpiece 60 to be deformed. The two- or three-part mold 57, the blind flange and the flange 59 having the supply duct 66 are then assembled with the inserted workpiece 60 and the supply duct 66 is connected to a hydraulic pressure-generating device.
The working space enclosed by the workpiece 60 is filled with water and the pulsed pressure generated by the pressure generating device is applied. Under the effect of the pressure, the workpiece 60 is deformed according to the shape of the mold cavity (FIG. 13), the lips 64 and 65 of the sealing elements 62 and 63 adjoining the workpiece 60 snugly under the effect of the pressure and reliably counteracting the work space seal the mold cavity.
The higher the hydraulic pressure, the more the lips 64 and 65 are pressed against the workpiece 60, so that a reliable sealing effect is maintained despite the length contraction of the workpiece 60. Furthermore, the shape of the channel 61 protruding inwardly through the opening of the sealing element 63 avoids direct dynamic pressurization of the rear side of the sealing element 63, so that its sealing effect is not reduced.
The variant of the device shown in FIGS. 14 and 15 is suitable for deforming with high hydraulic pressure, while the variant shown in FIGS. 12 and 13 satisfies the requirements at lower pressure.
16 to 23, another embodiment is shown, for example, in which the workpiece to be deformed has the shape of a tube 69. A high hydraulic pressure acts on the inside of the tube 69, which deforms the tube 69 according to the shape of the mold pieces 70. The molding 70 generally has one or more elastic band members 72 made of spring steel, which are wound around a Ma trizenstück 71. The inner parts 71, 73 are divided into two or more parts and zer legible for easy demolding of the deformed workpiece.
If necessary, one-piece guide pieces 73 are pushed onto the tube 69 to be deformed on both sides of the part to be deformed, and are removed again at the end of the deformation process. If, as shown in FIG. 16, a housing tube 74 is pushed over the molded pieces 70, it is not necessary to secure the band elements 72 against automatic loosening, since the outer sides of the band elements 72 rest against the housing tube 74.
The variant of the device shown in FIG. 19 differs from the one shown in FIG. 16 in that the outer end of the band elements 72 combined into a single piece is held in place by means of a screw 75 (FIGS. 20 and 21) and not by a housing tube 74 pushed over the mold pieces 70 (FIG. 16).
The use and operation of the device shown in FIG. 16 is as follows: The workpiece 69 to be deformed is pushed into the guide pieces 73, then the die pieces 71, each consisting of at least two parts, are placed on the workpiece 69 at the predetermined locations and wound around it by means of the elastic band elements 72. The band elements 72 must now be fastened in such a way that they do not become detached from the die pieces 71. This can be achieved in a remarkably simple manner by means of a two-part housing tube 74.
Now the interior of the tube 69 to be deformed is filled with water and the pressure in the water is suddenly increased by one of the devices already mentioned. Under the action of the high pressure, the tube is bulged and plastically deformed according to the contours of the mold pieces 70 and the edges of the guide pieces 73. After the deformation process has ended, the housing tube 74 is removed, the band elements 72 are unwound, the divided die pieces 71 are lifted from the deformed tube 69 and the latter is pulled out of the guide pieces 73.
The use and operation of the device shown in FIG. 19 is analogous to that shown in FIG. 16, with the exception that the band element 72 wound around the die piece 71 is fastened by means of the screw 75 and is not held by a housing tube 74 becomes.
The operation of the facilities just described will be examined theoretically below. Since the band element 72 is wound snugly around the die piece 71, a frictional force acts on each of the contact surfaces of the inner layers of the tape element 72 with the outer layers lying thereon, and on the contact surfaces of the innermost layer of the band element 72 with the die piece 71.
If the die piece 71 is pressed outwards under the action of the hydraulic pressure prevailing during the deformation process, the difference between the force that has the tendency to loosen the wound band element 72 (tensile force) and the friction acting in the opposite direction acts force as a resultant force on the band element 72 (Fig. 23). This resulting force decreases in the band element 72 in the direction from the inside to the outside by a respective amount of the friction force and reaches the value zero after a sufficient number of turns.
The outer turns of a tape element, the number of turns of which exceeds the specified ge sufficient number, are therefore no longer subject to tension. The retaining device shown in Fig. 16 and 19 for the band element 72 (housing tube 74 or screw 75) is therefore sufficient to secure the band element before loosening under the action of hydraulic pressure.
The above-mentioned frictional force is given by li.pA, where 1c denotes the coefficient of friction of the belt element, p denotes the hydraulic pressure acting on a unit area and A denotes the size of the contact surface. The tension acting on the innermost turn of the band element is proportional to pd / 2, where d is the inner diameter of the innermost turn of the band element 72. The pressure p decreases as the number of turns of the band element 72 increases.
Assuming that the pressure p is constant, the following relationship must be fulfilled so that the belt element does not come loose:
EMI0005.0068
From this follows for the minimum number of turns n of the strip element 72 <I> n> </I> 2 /, u j7.
If, for example, u = 0.2, 3.2 turns are sufficient to prevent the band element from coming loose.
It is therefore possible to keep the split die piece 71 in a simple manner against the action of high hydraulic pressure in the desired position, because the tensile force acting on the belt element decreases as a result of the frictional force occurring with increasing number of turns and already reached after a few turns the value zero, regardless of the number of subsequent turns. The choice of the thickness t of the band element 72 can preferably be made according to the equation <I> 2 </I>, u <I> t </I> a = pd, in which rather b means the permissible tensile stress on the material of the band element.